天线辐射与接收的基本理论课件.ppt

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1、概论通信：一切将信息从发送方传送到接受方的过程。通信系统：实现信息传送过程的系统。无线通信系统(以空间电磁波为媒介，承载信息并进行传输的通信方式之一)有线通信系统电话、电视、广播、雷达、导航、卫星、计算机局域网图1-1无线电通信系统框图天线1发射天线：将发射机所产生的已调制的高频电流能量(或导波能量)经馈线，转换为某种极化的电磁波能量,并向所需方向辐射出去。接收天线：将来自空间特定方向的某种极化的电磁能量转换为高频电流能量,经馈线输送至接收机输入端。馈线系统：把天线和发射机或接收机连接起来的系统。馈线形式－随频率的不同分

2、为双导线传输线、同轴线传输线、波导或微带线等。天线馈线系统(天馈系统)：馈线系统和天线统称。2天线天线在空间的电磁场分布麦克斯韦方程组边界条件天线应具有:①将导波能量尽可能多地转变为电磁能量。天线是一个好的电磁开放系统,且天线与发射机或接收机匹配。－效率、增益②使电磁波尽可能集中于确定的方向上,或对确定方向的来波最大限度的接受,即天线具有方向性。－方向性③发射或接收某极化的电磁波,即天线有适当的极化。－极化④天线应有足够的工作频带。－频带宽度3无线电波：10Hz(甚至更低)到3000GHz(波长从几十Mm到0.1mm)

3、频谱范围内的电磁波。图1-2无线电波波段划分4电磁波的辐射导线上有交变电流流动时，发生电磁波的辐射，辐射的能力与导线的长度和形状有关。如图1.3所示，若两导线的距离很近，电场被束缚在两导线之间，因而辐射很微弱；将两导线张开，电场就散播在周围空间，因而辐射增强。图1-3电磁波的辐射5电偶极子产生的场+q在P点引起的电位为：-q在P点引起的电位为：+qOr1r2r-qer图1-4电偶极子67电流元xyzP(r,θ,φ)rθφ图1-5元电流空间场分布8基本振子的辐射1.电基本振子电基本振子是一段长度l远小于波长,电流I振幅均匀

4、分布、相位相同的直线电流元,它是线天线的基本组成部分,任意线天线均可看成是由一系列电基本振子构成的。在电磁场理论中,给出了在球坐标原点O沿z轴放置的电基本振子(图1-6)在周围空间产生的场为9图1–6电基本振子的辐射1011电基本振子的辐射特性:在球坐标原点O沿z轴放置的电基本振子在近区空间产生的场为：12可知:①在近区,电场Eθ和Er与静电场问题中的电偶极子的电场相似,磁场Hφ和恒定电流场问题中的电流元的磁场相似,所以近区场称为准静态场;②由于场强与1/r的高次方成正比,所以近区场随距离的增大而迅速减小,即离天线

5、较远时,可认为近区场近似为零。③电场与磁场相位相差90°,说明玻印廷矢量为虚数,即电磁能量在场源和场之间来回振荡,没有能量向外辐射,所以近区场又称为感应场。13(2)远区场实际收发两端之间的距离相当远(),此时,式中的1/r2和1/r3项比起1/r项而言,可忽略不计,于是电基本振子的电磁场简化为：其中,14①在远区,电基本振子的场只有Eθ和Hφ两个分量,它们在空间上相互垂直,在时间上同相位,所以其玻印廷矢量是实数,且指向r方向。说明电基本振子的远区场是一个沿着径向向外传播的横电磁波,所以远区场又称辐射场;②Eθ/H

6、φ=η==120π（Ω）是一常数,即等于媒质的本征阻抗,因而远区场具有与平面波相同的特性;③辐射场的强度与距离成反比,随着距离的增大,辐射场减小。这是因为辐射场是以球面波的形式向外扩散的,当距离增大时,辐射能量分布到更大的球面面积上;④在不同的方向上,辐射强度不相等。这说明电基本振子的辐射是有方向性的。15